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發(fā)酵尾氣分析儀在合成生物學應用中的關鍵作用
· 監(jiān)測發(fā)酵過程：
· 反映菌體生長狀態(tài)：通過實時監(jiān)測尾氣中二氧化碳和氧氣的變化，可以了解菌體的生長情況。例如，在發(fā)酵初期，菌體快速生長，攝氧率（OUR）會增加，二氧化碳釋放率（CER）也會相應上升；在穩(wěn)定期，OUR 和 CER 則會相對穩(wěn)定。發(fā)酵尾氣分析儀能及時捕捉這些變化，幫助操作人員判斷菌體處于何種生長階段。
· 檢測發(fā)酵異常：當發(fā)酵過程出現(xiàn)染菌、營養(yǎng)物質缺乏或代謝異常等情況時，尾氣成分會發(fā)生改變。如染菌時，可能會導致二氧化碳產(chǎn)量異常增加或氧氣消耗速率改變，發(fā)酵尾氣分析儀可以及時發(fā)現(xiàn)這些異常，以便操作人員采取相應措施，避免更大的損失。
· 優(yōu)化發(fā)酵工藝：
· 確定參數(shù)：通過分析尾氣數(shù)據(jù)得到呼吸熵（RQ）等參數(shù)，能了解微生物的代謝途徑和對碳源、氮源等營養(yǎng)物質的利用情況。根據(jù)這些信息，可以優(yōu)化
培養(yǎng)基成分、通氣量、攪拌速度等發(fā)酵參數(shù)，使微生物處于生長和代謝狀態(tài)，提高目標產(chǎn)物的產(chǎn)量。例如，當 RQ 值表明微生物碳源利用不足時，可以適當增加碳源的供應。
· 指導補料策略：發(fā)酵尾氣分析儀實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)可以作為補料的依據(jù)。比如，當發(fā)現(xiàn)二氧化碳釋放量降低，可能意味著營養(yǎng)物質消耗殆盡，需要及時補料，以維持微生物的生長和代謝，保證發(fā)酵過程的持續(xù)穩(wěn)定。
· 助力菌種篩選與改造：在合成生物學中，常常需要篩選和改造出高產(chǎn)、高效的優(yōu)良菌種。發(fā)酵尾氣分析儀可以在菌種篩選過程中，快速檢測不同菌種在發(fā)酵過程中的尾氣參數(shù)，從而評估它們的代謝能力和生產(chǎn)潛力。對于經(jīng)過基因改造的菌種，也能通過監(jiān)測尾氣變化來驗證改造效果，了解其代謝特性的改變，為進一步的菌種優(yōu)化提供方向。
1. 反映發(fā)酵過程狀態(tài)：通過監(jiān)測尾氣中的CO?和O?濃度，可以了解微生物的代謝狀況和活性，進而評估發(fā)酵過程的穩(wěn)定性和效率。CO?是酒精發(fā)酵過程中的主要化學產(chǎn)物，也是細胞呼吸和分解代謝的終產(chǎn)物；而O?對于需氧微生物的生長和代謝至關重要。
2. 優(yōu)化工藝參數(shù)：實時監(jiān)測尾氣中的CO?和O?濃度，可以獲取發(fā)酵過程重要的呼吸代謝參數(shù)，如CO?釋放速率（CER）、攝氧率（OUR）、呼吸商（RQ）等。這些參數(shù)為操作人員提供了優(yōu)化工藝參數(shù)的依據(jù)，從而提高發(fā)酵效率。
3. 提高產(chǎn)品質量與產(chǎn)量：通過精確控制生物發(fā)酵過程中的關鍵參數(shù)，如氧氣和二氧化碳濃度，發(fā)酵尾氣分析儀可以幫助操作人員優(yōu)化發(fā)酵條件，從而提高產(chǎn)品的質量與產(chǎn)量。
4. 降低能耗與資源消耗：實時監(jiān)測發(fā)酵尾氣參數(shù)，可以及時發(fā)現(xiàn)能效問題，幫助操作人員調整工藝參數(shù)，降低能耗與資源消耗，實現(xiàn)生物發(fā)酵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
二、發(fā)酵尾氣檢測的方法 1. 發(fā)酵尾氣分析儀：使用發(fā)酵尾氣分析儀，如上FG010、FG021系列等，這些儀器能夠在線監(jiān)測尾氣中的CO?、O?、CH4、H2S等氣體濃度。這些儀器通常采用高精度、快速響應的傳感器，如CO? NDIR不分光紅外分析法和O?氧化鋯氧氣傳感器，以確保測量結果的準確性和實時性。
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